主动进风数学模型：动力电池散热系统分析

一般情况下，流体在速度小于1/3声速时（400km/h），可忽略流体速度对密度的影响，此时可将流体看作不可压缩流体。通常状态下，轿车的最高速度远小于400km/h，因此车身表面的流动可认为是不可压缩流动，考虑到汽车复杂外形引起的分离现象，应按湍流处理。其控制方程组如下：

连续方程

▽·V=0 （5-1）

动量守恒方程

能量守恒方程

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式中，V为速度矢量；p为压力；ρ为空气密度；μ为空气动力黏性系数。

采用三维不可压缩雷诺平均方程N-S方程和标准k-ε湍流模型；控制界面的物理量应用二阶迎风差分格式获得；并运用SIMPLEC压力修正法进行迭代。

图5.1 风扇风压与流量曲线

入口为自由进口边界条件，压力大小为标准大气压。出口为风扇出口边界条件，风扇风压与流量曲线如图5.1所示，其中进出口压差为125Pa时，流量为0.0028m³/s（即10.8m³/h），进出口压差为0Pa时，流量为0.0083m³/s（即29.9m³/h），电池包共安装两台风扇。壁面采用无滑移边界条件，速度为零，且与外界热交换；电池发热功率视具体算例给定。

评估电池组冷却系统散热性能的指标主要有两个：电池组最高温升和内部最大温差（定义电池组温度和环境温度之差的最大值为电池组最高温升，电池组内部温差的最大值为内部最大温差），电池组最高温升过大，表明电池工作时环境温度比较恶劣，电池产生的热量不能有效地通过冷却系统带出；内部最大温差过大，则表明电池组内部温度场分布均匀性较差，因此电池组冷却系统设计应当以降低电池组最高温升和内部最大温差为目的。